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自由基异构化研究取得重大进展 慧眼探视微观秘境
http://xchenhongmei.cn  2019/8/13 0:09:08  

  成都10月24日电 (杨珺)“我们所在的世界分为宏观世界与微观世界,宏观世界可以用人类‘肉眼\\’直接观看,用经典理论解释,而微观世界的现象却自成体系。我们的研究就好比使用由实验和理论组成的‘眼睛\\’看微观世界中自由基的运动过程。”24日,四川大学原子分子所教授马建毅对记者表示。

  马建毅参与的科研成果《亚乙烯基异构化过程的光电子谱编码》在世界著名科学杂志《科学》上发表,这项成果为从量子态层面理解和调控化学反应提供依据,对理解化学反应中自由基的异构化过程具有重要意义。

  自然界中,自由基是一种特别活泼的分子基团,人类时时刻刻都暴露在自由基下,当自由基与氧气结合,会形成活性氧自由基,它会使核酸突变,这是人类衰老和患病的根源。此外,自由基在发动机燃烧过程、化学合成及生物反应中起着非常重要的作用。

  因自由基太过活泼,很难用实验的方法对其性质做详细地测量。如何测量和理解自由基参与的过程是化学、物理研究中的难题,对从原子分子水平上理解燃烧过程和生命过程有重要的意义。

  “我们要研究的是亚乙烯基到乙炔异构化这一典型的1、2-氢的转移过程。”马建毅对记者表示,整个研究是实验组与理论组合作完成的。实验组通过激光打掉亚乙烯基负离子所带电子,亚乙烯基会开始异构化过程,实验组通过光谱表征这个过程。

  与此同时,理论组则通过量子力学方法获得振动模式对应峰的函数,从波函数特征计算光谱中原子的运动路径,解释了每个峰对应具体细节的物理机制。发现这一异构化过程强烈地依赖于亚乙烯基的振动模式,是典型的模式选择反应。整个过程还出现低能量的振动模式反而比高能量的模式更有利于分子异构化的反常现象。

  “我们的实验组和理论组是分开研究的,当理论计算结果可以完全解释实验结果时,我们觉得可以往《科学》期刊投一投了。”马建毅说。

  据了解,该项研究成果共15人参与,共来自美国加州大学、四川大学、美国新墨西哥大学等9个学校或科研机构,包括4名中国籍学者。马建毅所在的团队完成了其中理论部分的工作,马建毅是理论部分负责人。

  马建毅表示,自由基异构化过程研究对燃烧机制的理解有重要作用,对改进航空发动机将提供原子、分子层面的重要帮助。其次,自由基异构化研究还可对化学合成研究提供助力,为药物合成提供理论基础。

  最重要的是,自由基异构化研究还会更进一步促进人们对于生物过程的认识。“生物领域的自由基行为是非常普遍的,但目前在生物体内观察自由基是不可能的,而我们的研究将为生命过程提供辅助解释。”(完)
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